煤系页岩气的基本特点与聚集规律

煤系页岩气是页岩气的重要类型之一。从煤系岩性组合、煤系页岩气地化特征和盖层条件等方面入手,剖析了煤系页岩气的生、排烃能力及保存条件,总结了中国煤系泥页岩的分布特征与发育规律。研究表明:煤系干酪根以腐殖型(III型)为主,H/C较低,总有机碳TOC值高;生烃母质的性质导致煤系泥页岩以生气为主,且具有长期缓慢生烃、排气态烃困难、滞后,排烃效率低、残留烃量大等特点;煤系中的煤层既是良好的气源岩,又对下伏层位的页岩气起到封盖作用,因此,煤系泥页岩具备较好的聚集成藏潜力。      

页岩气地质综合评价和目标优选

页岩气为烃源岩层系的油气聚集,属于源岩滞留气,以游离和吸附状态为主存在。中国页岩气资源调查和勘探开发刚刚起步,工作基础差别较大。在含油气盆地,由于有以往油气勘探开发资料,对含气页岩发育层系、有机质热演化程度、气显示等基本资料,具有一定的工作基础;在含油气盆地外以及油气勘探程度很低的沉积区,以上基础资料缺乏,仅有地表和部分固体矿产探井资料可供参照,工作基础薄弱。在不同工作基础的地区,页岩气地质综合评价所处阶段不同,主要评价指标也不同;随着工作程度的提高,资料的不断丰富,评价指标也逐步增加。页岩气地质评价以区域地质演化分析为基础,主要涉及以下几方面内容：（1）含气页岩评价。主要研究划定含气页岩层段,页岩的TOC、Ro、岩石和矿物成分,页岩分布、厚度、埋深、纵向和横向变化规律等,优选页岩气富集远景区。（2）页岩含气性和资源潜力评价。主要研究页岩的含气量、吸附能力、储集空间类型、储层物性、储层裂缝及其变化规律,预测页岩气资源潜力等。（3）页岩气开发条件和开发经济性评价。研究储层温度、流体压力、流体饱和度及流体性质,研究页岩的敏感性,页岩的岩石力学参数、区域现今应力场特征,地表条件和开发保障条件,通过试验井产量数据分析开发经济条件。综合各方面因素,优选有利开发区。     

柴达木盆地北缘侏罗系(柴页1井)发现陆相页岩气

正1研究目的(Objective)中国页岩气赋存于海相、海陆交互相、陆相三大领域,目前已在南方海相获得重大突破,形成工业产能,北方海陆交互相获得进展,而西北地区陆相泥页岩发育、厚度大、有机质丰度高,尚未取得页岩气实质发现。柴达木盆地北缘地区(简称柴北缘)侏罗系大煤沟组泥页岩作为常规油气的主要烃源岩,具备形成页岩油气的良好地质条件,然而对该套泥页岩的研究尚处于起步阶段,富有机质页岩层段的空间分布、页岩气有利区的预测、"甜点"层段的优选等均需进一步调查和研究。     

湘中坳陷二叠系海陆过渡相页岩气地质条件

根据湘中坳陷二叠系黑色页岩的露头及岩心观测、含气量、地化和物性资料,以及等温吸附、氩离子抛光+扫描电镜等方法所获数据,探讨了页岩气地质条件。研究认为二叠系龙潭组、大隆组海陆过渡相页岩具备良好的页岩气地质条件。有机碳含量在2%以上;成熟度分布于1.2%~1.6%;储集类型主要为残留粒间孔、粒内孔、溶蚀孔等矿物质孔和少量有机质孔,孔隙度在0.54%~5.15%,等温吸附实验测试平均含气能力在5.488~6.905 m3/t。热演化史分析表明二叠系页岩在沉积之后经历了两次抬升剥蚀,第二次沉降没有达到第一次的最大埋深且没有二次生烃,这可能是导致研究区页岩总体含气量低的原因之一。构造分析表明,印支期和燕山期改造作用,对油气破坏明显,恶化了保存条件增加勘探风险。运用叠合法预测页岩气有利区为湘中涟源—娄底—双峰区、邵阳—邵东区,采用体积法计算页岩气总资源量为(127~425)×108m3(中值254×108m3),显示一定的页岩气资源潜力。综合分析认为保存条件是该区页岩气成藏的关键因素,也是勘探成功与否的首要因素。     

油气页岩气地质勘探

油气页岩气是重要的能源资源,对国民经济的发展至关重要。我国油气对外依存度逐年增加,目前已远超能源安全警戒线,为此国家号召加大油气勘探开发力度,保障国家能源安全。在这种背景下,近几年国内油气页岩气的地质勘探工作持续加强,无论常规油气还是非常规页岩气都取得了一些不错的勘探进展。但是,随着油气页岩气勘探的不断推进,一方面我们面临的勘探对象日趋复杂,另一方面涌现出不少制约勘探进程的基础地质问题和技术难题,这就需要我们系统梳理已有的研究成果,形成可供借鉴的理论认识和研究思路,同时针对问题提出思考,为推进开展相关问题研究贡献力量。
正是基于以上,以及十三五期间中国地质科学院地质力学研究所油气团队在南方页岩气、柴达木盆地油气、境外油气等方面的调查研究取得的成果认识,《地质力学学报》在2020年第6期刊发“油气页岩气地质勘探”专辑（共14篇文章）,涵盖了常规油气与非常规页岩气两大领域中多个方面的研究成果。本专辑既有勘探进展介绍,又有理论方法研究成果及其应用的总结,均为各位作者（团队）长期以来在各自领域取得的重要研究成果,相信该专辑的出版对油气页岩气成藏条件研究、构造作用对页岩气保存及储层的控制、页岩气可压性评价等方面都具有重要的参考价值和实用意义。
构造变形（改造）对页岩气保存和储层的变形对页岩气储层的影响栏目包括3篇文章：李春麟等明确了川东-武陵构造带下古生界海相页岩的构造变形特征,讨论了其对页岩气保存的影响;俞雨溪等研究了剪切作用对页岩有机质孔和吸附能力的影响;梁明亮等围绕着构造变形对海相页岩储层渗透率演化的影响开展了详细的研究工作。页岩气专项问题研究栏目包括3篇文章：郑红军等介绍了下扬子页岩气地质调查取得的新进展,同时对制约突破的一些难点问题进行了深入剖析与思考;董敏等对下扬子皖南地区二叠系孤峰组的流体包裹体特征开展了研究,并讨论了相应的地质意义;沈骋等以川南长宁区块为研究区,预测了海相页岩缝网的可压性靶窗空间分布。油气成藏条件与资源潜力栏目有4篇文章：冯兴强等对塔河油田碎屑岩的油气运聚展开了模拟,同时优选了潜力区;张凯逊等对北极地区盆地类型进行了划分,研究了北极地区油气资源分布规律;刘雯等对川西坳陷北部断褶带中二叠统的异常流体压力分布特征进行了研究,并分析了形成原因;彭博等对柴达木盆地东部石炭系的古岩溶缝洞单元的测井响应进行了识别。油气基础地质问题栏目包括4篇论文：冯伟平等对乌兰花凹陷的原油特征及成因进行了详细剖析;胡锦杰对比了不同类型烃源岩排烃模式,探究了不同模式之间的差异;谭静强等系统研究了云南禄劝地区泥盆系油苗的地球化学特征,指出了地质意义;马立成厘定了柴达木盆地东部地区扎布萨尕组的地层时代。上述研究成果从不同方面进行了系统总结,虽然有些成果还在不断深化和完善之中,但可以为类似研究提供可借鉴的思路。
感谢所有作者、审稿专家和编辑部人员为本期论文撰稿、审稿、编辑与发表所付出的辛勤劳动!近30位专家参加了专辑的审稿工作,他们从专业的角度严格审查,提出了富有建设性的修改意见,为本专辑的论文质量保驾护航。
读者的信赖、支持和期许是我们工作的动力和源泉。希望各位读者和同行以本专辑成果的发表为契机,进一步推动油气页岩气地质勘探工作,破解制约油气页岩气勘探的基础地质问题和工程技术难题,为我国能源事业发展服务。热忱欢迎广大读者提出更多建设性的建议和意见,并敬请批评指正!     

济阳坳陷石炭–二叠系煤系页岩气生烃潜力评价

为了研究济阳坳陷石炭–二叠纪煤系泥页岩生烃潜力,应用地球化学、石油地质学及煤地质学等方法,从济阳坳陷石炭–二叠系残留地层分布、泥页岩有机地球化学特征和泥页岩生烃潜力对比等方面进行研究。研究结果表明:济阳坳陷石炭–二叠系残余地层厚度一般在200~800 m,最厚可达900 m;煤系泥页岩有机质丰度较好,为Ⅲ型干酪根,有利于生气,有机质成熟度达到成熟–较高成熟阶段;本溪组和太原组生烃潜力较好;山西组烃源岩各凹陷均可见中–好油气源岩,但范围局限,整体评价仍为中等。与我国其他地区对比发现,济阳坳陷石炭–二叠系煤系泥页岩生烃能力总体处于中等水平,具有一定的页岩气勘探潜力。     

基于页岩气地质调查评价的思考与认识

在高频层序地层格架内,开展页岩气储层的矿物成因、母岩性质对页岩储层中黏土等矿物的发育形成及油气储层意义、矿物演化序列过程中对有机质生烃及形态变化的控制机理、特征性矿物赋存的油气地质学意义、特殊地质条件下的油气赋存认识以及“木桶效应”参数的识别等方面的研究,有望成为丰富页岩气地质理论的方向。在前人对页岩气地质调查评价研究的基础上,结合页岩气地质调查评价实践与认识,认为物源-沉积与生烃-成藏2个源汇体系的地球系统作用过程是页岩气储层非均质性的根本控制因素,构造-沉积这一结构性控制因素对页岩储层性质起决定性作用,后期构造改造及成藏演化等系统控制因素是对前者的修饰改造。页岩储层内烃类气体的多源多汇在一定程度上可突破储层非均质性,认为含气量与总有机碳含量相关系数是储层非均质性强弱的一种表征。研究成果丰富了页岩气调查评价理论体系,为后续评价工作提供了方法参考。     

中国页岩气开发的实质性突破

页岩气是指吸附在页岩中的天然气或自生自储在页岩纳米孔隙中连续聚集的天然气。新世纪以来,美国发生的页岩气革命影响了世界油气资源格局; 中国的非常规油气储存量非常可观,是世界上具有页岩气可采储量最大的国家; 但页岩气地质条件、水平钻井、分段压裂等技术储备和页岩气管理经验等还面临很大挑战。近年来,中国大力推进页岩气的开发利用,中石化、中石油和延长油田三家公司在示范区块开发的成功,以及短时间内在勘探开发方面取得的技术突破,标志着中国页岩气的开发已取得了实质性突破。但中国今后是否采取页岩气开发对多元资本开放的模式,还需要进一步研讨。     

阿尔金山南缘侏罗系页岩气生烃及储集条件

柴达木盆地阿尔金山南缘侏罗系发育,具备油气生成的条件,但尚未开展页岩气调查评价。通过野外地质测量和样品采集分析,调查了侏罗纪泥页岩发育的厚度、沉积环境,分析了页岩地球化学、储层物性等页岩气地质条件。研究表明,侏罗纪泥页岩累计厚度介于158~250m之间,单层最大厚度89m;沉积环境以深湖-半深湖为主;有机碳含量介于0.15%~7.96%之间,平均2.05%;镜质体反射率介于1.02%~2.50%之间,平均1.41%;有机质类型以Ⅱ1和Ⅱ2型为主;泥页岩微裂缝及微孔隙发育,脆性矿物平均含量大于43%。综合分析认为,阿尔金山南缘侏罗系泥页岩具有较好的页岩气生烃和储集条件,可作为页岩气勘查开发的有利层系。     

页岩气聚集条件及含气量计算——以四川盆地及其周缘下古生界为例

为了研究页岩气聚集条件及含气量的影响因素、计算方法,根据页岩气聚集机理、聚集特征将页岩气聚集的因素分为内部因素和外部因素。内部因素主要包括页岩有机地球化学参数、矿物组成以及物性参数等,外部因素主要包括深度、温度、压力等。通过对四川盆地及其周缘下寒武统和上奥陶统—下志留统41块黑色页岩的有机地球化学参数、矿物组成、物性参数、深度、温度、压力等因素对页岩含气量影响作用的分析,可知反映内部因素的有机碳含量、总烃含量、石英含量、粘土矿物含量、孔隙度(裂缝)、密度、黄铁矿含量和碳酸盐含量等8个参数对页岩气聚集具有重要影响。通过对"二参数"、"六参数"、"八参数"与含气量的多元线性回归得出计算页岩含气量的计算公式,据此公式计算的含气量与实测值吻合良好,且参数越多对页岩含气量的预测越准确。本文建议在条件允许的情况下,尽可能多地利用各种参数对页岩含气量进行预测,以达到更好的预测效果。在勘探早期,建议采用简单易得到的两个最主要参数——有机碳含量和孔隙度进行页岩含气量的计算。     

中国页岩气地质调查评价研究现状与存在问题

美国页岩气大规模商业性开发促进了中国页岩气地质调查评价和研究工作的开展.经过近10年的探索实践,认识到中国页岩气地质条件复杂,地质理论和开发技术有待突破.从中国富有机质页岩特征及分布规律、生气机理与富集规律、页岩气储层物性及微结构、保存条件、资源评价与选区评价等方面对目前中国页岩气地质理论研究进展进行了综述分析,讨论了中国在页岩气地质理论研究中存在的问题,并对今后中国页岩气地质研究工作进行了展望.认为沉积、构造对页岩层段分布规律的控制作用研究需加强,页岩气吸附机理的理论认识需深入,微结构定性定量测试分析技术需提高,评价现今页岩气保存条件的指标体系需建立,选区参数体系和标准需进一步完善.     

页岩油分类与评价

页岩油是以游离(含凝析态)、吸附及溶解(可溶解于天然气、干酪根和残余水等)态等多种方式赋存于有效生烃泥页岩地层层系中且具有勘探开发意义的非气态烃类。根据泥页岩地层中所含烃类相态、成因机理及勘探开发等特点,将页岩类油气划分为页岩气和页岩油等两类八种。结合页岩油特点,指出了我国页岩油形成条件和分布规律,即规模分布的有效生烃泥页岩、形成于深水-半深水相的富有机质泥页岩、较高的有机质丰度和适当的热演化程度以及较好的基质物性条件等是页岩油形成的主要条件。建立了中国陆相断陷湖盆页岩油发育模式,指出概率体积法可以作为页岩油资源评价的主要方法,提出了页岩油远景区、有利区及目标区优选的参数体系和标准。作为非常规油气能源的主要类型之一,页岩油将会对我国能源结构产生重要影响。     

贵州龙马溪组页岩气储层特征及其分布规律

为了评价贵州省志留系下统龙马溪组页岩气资源开发潜力,开展了野外地质调查及页岩气井勘探工作,研究了龙马溪组页岩气储层特征及其分布规律。研究表明:贵州龙马溪组地层主要分布于遵义-余庆一线以北,页岩干酪根类型以I型和II₁型为主,有机碳质量分数普遍小于2%,R_o值为1.5%~3.39%,且下部有机质成熟度明显高于上部;页岩矿物组成以碎屑矿物及黏土矿物为主,表现出较强脆性;页岩孔隙相对发育,以孔隙型、孔隙-裂缝型储集空间为主,主缝、微缝、粘土矿物层间孔缝形成理想的解吸-渗流通道;页岩抗压、抗张强度差异较大,但水介质对页岩强度的影响不大;页岩含气量范围0.63~2.81 m3/t,表现出随深度增加而增大的趋势;扬子地台所历经的多期次构造活动对区域页岩气保存产生了重要影响,正安-务川-沿河以北是贵州龙马溪组页岩气保存的有利区。      

世界页岩气勘探开发现状及对中国的启示

页岩气是一种潜在资源量巨大的非常规天然气资源,具有开采技术要求高、开采寿命长、稳产周期长的特点。近些年来,严峻的能源紧张形势和能源价格的快速增长,使页岩气资源在全世界受到了广泛的重视。回顾了美国页岩气勘探开发的历史,总结了美国的页岩气发育情况,跟踪了世界其他地区(加拿大、欧洲)包括中国页岩气研究的最新进展情况。根据前人的资料,认为中国南方海相页岩和北方盆地的湖相页岩具有巨大的页岩气资源潜力。鉴于页岩气是一种非常规能源,对其研究具有重大的现实意义,建议中国相关部门加大研究投入力度,尽快开展页岩气资源战略调查和选区研究工作,加强技术攻关创新、引进和国际合作,探讨中国现实国情下的页岩气相关政策,以早日实现页岩气在中国的商业性开发,促进经济快速发展。     

世界页岩气勘探开发现状及对中国的启示

页岩气是一种潜在资源量巨大的非常规天然气资源,具有开采技术要求高、开采寿命长、稳产周期长的特点。近些年来,严峻的能源紧张形势和能源价格的快速增长,使页岩气资源在全世界受到了广泛的重视。回顾了美国页岩气勘探开发的历史,总结了美国的页岩气发育情况,跟踪了世界其他地区(加拿大、欧洲)包括中国页岩气研究的最新进展情况。根据前人的资料,认为中国南方海相页岩和北方盆地的湖相页岩具有巨大的页岩气资源潜力。鉴于页岩气是一种非常规能源,对其研究具有重大的现实意义,建议中国相关部门加大研究投入力度,尽快开展页岩气资源战略调查和选区研究工作,加强技术攻关创新、引进和国际合作,探讨中国现实国情下的页岩气相关政策,以早日实现页岩气在中国的商业性开发,促进经济快速发展。     

下扬子页岩气地质调查新进展及突破难点思考

围绕长江经济带清洁能源体系建设对页岩气突破的重大需求，在充分整合长江下游地区以往地质和物探资料的基础上，系统开展了1:25万页岩气基础地质调查，在苏皖南沿江坳陷带、江西萍乐-浙江钱塘坳陷带、南华北地区"两带一区"实施了10口页岩气调查井，基本查明了主要工作区古生界二叠系、志留系、奥陶系、寒武系富有机质泥页岩成藏地质条件，有9口井分别在三叠、二叠、志留、寒武系4套层系获得页岩气、致密砂岩气、煤层气、页岩油、裂缝性砂岩油、裂缝性灰岩油"三气三油"的重要新发现，深化了二叠系和志留系成藏地质认识，探索了三叠系、奥陶系和寒武系含油气性，开辟了新区新层系，揭示了下扬子及南华北中—古生界油气页岩气资源勘查潜力。圈定了10个远景区，初步评价了9个远景区主要目标层的远景资源量，解决了资源前景问题；讨论了制约下扬子页岩气调查突破的卡脖子问题，提出了下一步突破的方向。      

松辽盆地长岭断陷沙河子组页岩有机显微组分孔隙演化规律研究

有机质孔隙是页岩储集空间的重要组成部分,具有强烈的非均质性,阻碍对页岩储层质量的正确认识和评价,其本质是受有机显微组分类型及其在生烃过程中孔隙演化的影响。本文采用场发射扫描电镜和荧光显微镜定位观察手段实现特定显微组分孔隙发育特征的表征,结合Image J图像处理技术,对不同演化阶段的显微组分进行定量化统计,总结不同有机显微组分的孔隙演化规律。研究结果表明:固体沥青孔隙度随着成熟度的升高呈现先增加后减小的趋势,在固体沥青反射率SBR_O介于1.6%～2.0%时,固体沥青孔隙最为发育,而以SBR_O=2.0%为界,固体沥青孔隙度开始减小。镜质体和惰质体的孔隙发育规律相似,随着成熟度增加,总体表现出先减小而后微弱增加的趋势。在生油窗阶段,镜质体和惰质体孔隙度最小,无机矿物和固体沥青的充填使胞腔孔隙损失达90%以上,而进入高成熟阶段,固体沥青孔隙的发育使原始胞腔孔隙得到一定程度的恢复,成为镜质体和惰质体残余孔隙的主要贡献者,贡献率达56.73%和100%,可见固体沥青孔隙对页岩储层储集空间的重要性。综合沉积成岩作用和生烃作用,页岩储层在未成熟阶段和高成熟阶段晚期孔隙最为发育,前者有机质以原始胞腔孔隙为主,后者以固体量孔隙为主。明确有机显微组分孔隙演化规律为页岩有利储层预测和页岩气生产开发储层改造提供参考。     

沁水盆地煤系地层页岩气储层特征及评价

沁水盆地是我国重要的含煤盆地,不仅其煤炭及煤层气资源丰富,在上古生界石炭纪-二叠纪地层中还有大量页岩发育。而目前,针对该地区页岩地层的相关研究极少,该地区页岩气资源是否具有勘探开发潜力有待深入而细致的研究。本文以沁水盆地上古生界石炭系-二叠系海陆交互相页岩储层为研究对象,通过薄片鉴定、X线衍射分析、氩离子抛光扫描电镜分析、核磁共振、氦气吸附等实验方法,研究了富有机质页岩储层有机质含量、类型、成熟度等有机地化特征以及储集空间类型、物性、矿物组成、孔隙结构等储层特征。在此基础上,对研究区页岩储层的勘探开发潜力进行了评价。结果表明：沁水盆地石炭纪-二叠纪富有机质页岩储层中发育形态各异的不同类型孔隙及微裂缝。其中,矿物基质孔十分发育,主要包括有呈片状、三角形及不规则形态的粒间孔和晶间孔等;而有机质孔不发育,呈点状,偶见椭圆型。从孔隙结构上看,孔隙具有较大的比表面积,主要分布在2.84~6.44 m2/g,平均值为4.26 m2/g。平均孔径分布在3.64~10.34 nm,以中孔隙发育为主。从矿物组成来看,各矿物含量比例适中,黏土矿物含量较高,达到57.5%,有利于微孔隙发育和页岩气的吸附;以石英及长石为代表的脆性矿物含量较高,达到41.3%,易于后期压裂造缝。从有机地化特征来看,有机碳含量高,有机质类型以腐泥腐殖型为主,且受中生代异常地温场控制,有机质热成熟度高,有利于页岩气的生成和吸附存储。总体来说,虽然研究区石炭纪-二叠纪页岩储层埋深浅,但有机地化参数、矿物组成、孔隙发育及结构特征都有利于页岩生烃和页岩气储存,具有较大的勘探与开发潜力。